基于PCI總線(xiàn)通用DSP信號處理系統的設計

1 引言
1.1 DSP簡(jiǎn)介及基本特點(diǎn)

數字信號的處理離不開(kāi)算法和實(shí)現手段。數字信號處理器（digital signal processor簡(jiǎn)稱(chēng)DSP）。是在模擬信號變換成數字信號以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專(zhuān)用處理器，是實(shí)現實(shí)時(shí)數字信號處理的有力工具。DSP目前廣泛應用于模式識別，數字通信，信號處理，工業(yè)控制等領(lǐng)域。TI公司的TMS320C54X系列DSP有著(zhù)以下的特點(diǎn)：采用先進(jìn)的修正增強型哈佛結構，片內共有8條總線(xiàn)（1條程序存儲器總線(xiàn)，3條數據存儲器總線(xiàn)和4條地址總線(xiàn)）；高度并行和帶有專(zhuān)用硬件邏輯的CPU設計；高度專(zhuān)業(yè)化的指令系統；模塊化結構設計；能降低功耗和提高抗輻射能力的新的靜電設計方法。因此它能高速實(shí)時(shí)以及靈活地應用于圖像處理、語(yǔ)言處理、頻譜分析、數字濾波、實(shí)時(shí)控制 等各個(gè)領(lǐng)域。TMS320VC5402是54X系列中應用比較廣泛的一種芯片，它有著(zhù)豐富的接口資源，是一種集數據處理和通信功能于一體的高速微處理器。其操作速率為40～100MIPS。

1.2 PCI局部總線(xiàn)的性能和特點(diǎn)

PCI總線(xiàn)是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線(xiàn)。從結構上看，PCI是在CPU和原來(lái)的系統總線(xiàn)之間插入的一級總線(xiàn)，具體由一個(gè)橋接電路實(shí)現對這一層的管理，并實(shí)現上下之間的接口以協(xié)調數據的傳送。管理器提供了信號緩沖，使之能支持10種外設，并能在高時(shí)鐘頻率下保持高性能。PCI總線(xiàn)也支持總線(xiàn)主控技術(shù)，允許智能設備在需要時(shí)取得總線(xiàn)控制權以加速數據傳送。

2信號處理系統的功能構成

通用信號處理系統一般分為數據采集、數據處理和數據管理3個(gè)部分（圖1）。采集部分可以采用通用的數據采集卡，數據管理部分則必須用 PC機才能完成。在信號處理系統中，最費時(shí)間，也即影響信號處理系統的實(shí)時(shí)性的瓶頸是數據的處理部分。數據的處理通常采用微機軟件的方法， 但完全由PC機處理有個(gè)缺點(diǎn)，就是信號處理需要的運算主要是數字運算，因相對于通用CPU（GPP）來(lái)說(shuō)，它是采用馮·諾依曼存儲器結構，并不適用于數字信號的運算，不僅會(huì )造成處理速度慢，而且占用CPU時(shí)間過(guò)多，直接影響了PC機對數據的管理。因此，我們提出用另一種方法把信號處理部分從微機軟件中分離出來(lái)，交給DSP處理，然后把DSP處理好的數據再傳給PC機管理。該系統的功能構成如圖1所示。這樣不僅可以做到信號處理和數據管理并行進(jìn)行，而且充分利用DSP對數字信號處理高速，并行的優(yōu)勢，提高了信號處理系統的實(shí)時(shí)性和穩定性。在對信號作連續的流水處理時(shí)，其性能優(yōu)勢更能得以體現，同時(shí)這也是一個(gè)廉價(jià)的產(chǎn)品，有著(zhù)很高的性能價(jià)格比。

3 信號處理部分的硬件構成

信號處理部分接口電路的結構如圖2所示。信號處理程序保存在主機中，在上電以后，自舉加載到DSP中，并由固化在DSP的ROM中的 BOOTLOADER來(lái)完成。

主要的處理流程是：信號采集卡把模擬的信息轉化為數字的信息，進(jìn)入PC機；由PC機通過(guò)PCI接口把數字的信息傳輸到DSP，保存在SRAM中； DSP從SRAM中讀取數據，對信號進(jìn)行處理；然后，把處理后的數據再從PCI接口傳回PC機，交給數據管理部分處理。

3.1 PCI接口

為了管理數據和尋址、接口控制、仲裁以及系統運行，PCI接口對單個(gè)目標設備需要至少47個(gè)引腳，對主控設備最少需要49個(gè)引腳。圖3給出了按功能組劃分的引腳，左邊的為必需引腳，右邊的為可選引腳。圖中的信號的方向是對主控設備/ 目標設備的組合而言?？傄_數120條（包含電源、地、保留引腳等）。PCI的總線(xiàn)寬度有32位和64位。在本系統中，設備是32位，沒(méi)有作64位擴展。